KR100472818B1 - 배터리 유니트 - Google Patents

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KR100472818B1
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오카지마히데키
오다다카시
후루카와다다시
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

배터리 유니트는 복수 개의 셀을 포함한다. 이 셀은 각각에 인접한 온도 센서를 구비한다. 한 셀은 이 셀에 인접한 1 개의 온도 센서를 구비하지만, 셀들 모두가 온도 센서를 구비하지는 않으므로, 온도 센서의 총 수는 셀의 수보다 적다. 셀에 인접한 온도 센서를 구비한 셀 및 온도 센서를 구비하지 않은 셀이 혼합되어 접속된다. 온도 센서는 복수 개의 온도 센서 블럭으로 분할되고, 셀의 비정상 온도는 온도 센서 블럭의 저항 값을 서로 비교함으로써, 검출된다.

Description

배터리 유니트{BATTERY UNIT}
본 발명은, 복수의 셀이 직렬 또는 병렬로 접속된 배터리 유니트에 관한 것으로, 특히, 전기 자동차에 사용하기 위한 배터리 유니트를 구성하는 다수 개의 셀 중 최소한 1 개의 셀의 비정상 온도 상승을 검출할 수 있는 배터리 유니트에 관한 것이다.
배터리 유니트는 배터리의 열화 또는 발열에 의한 사고 등을 미연에 방지하기 위해, 셀의 비정상 온도 상승을 검출하는 PTC 소자와 같은 온도 센서를 구비한 배터리 유니트가 널리 알려져 있다.
또한, 전기 자동차 모터를 구동하기 위해, 직렬로 전기적으로 접속된 다수 개의 셀을 포함하여 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 전력 장치가 제안되어 있다. 온도 센서를 구비한 전기 자동차에 사용하기 위한 전력 장치가 공지되어 있다. 이러한 전력 장치는 예를 들어, 일본국 특허 공개 공보 평10-270094호에 개시되어 있다.
이 공보에 개시된 전력 장치에 있어서, 온도 센서는 배터리 유니트를 구성하는 각각의 셀에 부착되어 있고, 비정상 온도 상승은 온도 센서의 총 전기 저항을 측정함으로써, 검출된다.
그러나, 이 공보에서 개시된 전력 장치는, 온도 센서가 각각의 셀에 부착되어 있기 때문에, 장치를 구성하는 셀의 수와 동일한 수의 온도 센서를 필요로 한다. 고출력 고전압을 필요로 하는 전기 자동차에 사용하기 위한 전력 장치는 극히 많은 수의 셀을 포함하고, 그러므로, 극히 많은 수의 온도 센서를 필요로 한다.
결과적으로, 이러한 장치는, 부품 및 온도 센서의 접속 센서와 같은 조립 공정이 매우 많이 증가하기 때문에 제조 단가가 높아진다는 단점을 갖는다.
그러므로, 본 발명의 제 1 목적은 다수 개의 접속된 셀을 포함하고, 셀에 접착된 온도 센서의 수를 줄이면서 셀의 비정상 온도 상승을 검출할 수 있는 배터리 유니트를 제공하기 위한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 특허 공개공보 제10-270094호에 개시된 비정상 온도 상승 검출 장치에 있어서, PTC 센서(10)는 배터리 유니트를 구성하는 각각의 셀에 외측으로부터 부착되고, 모든 부착된 PTC 센서(10)는 PTC 센서의 총 저항을 측정하기 위해 저항 측정 장치에 직렬로 접속된다. PTC 센서가 각각 부착된 셀 중 최소한 1 개의 셀이 비정상 온도 상승을 수신할 때, 셀에 부착된 PTC 센서(10)의 저항은 극히, 증가하고, 저항 측정 장치가 비정상을 검출한다.
그러나, 이 공보에 개시된 비정상 온도 상승 검출 장치에 있어서, 셀에 각각 부착된 PTC 센서(10) 모두는 직렬로 접속되고, 접속된 PTC 센서(10)의 저항은 비정상 온도 상승을 검출하기 위해 측정된다. 여기서, 각각의 PTC 센서(10)는 고유의 차이 즉, 온도 특성의 분산(dispersion)을 갖는다. 그러므로, 접속된 PTC 센서의 수가 증가함에 따라, PTC 센서(10)의 이러한 분산은 증가하고, PTC 센서(10)의 모든 분산은 총 저항의 측정값에 가산된다. 특히, 특허공개 공보 제 10-270094호에 개시된 바와 같이, 온도 센서가 전기 자동차에 사용하기 위해 배터리 소스 장치를 구성하는 각각 126 또는 252 개의 셀이 부착되고, 온도 센서의 총 저항이 측정될 때, 측정된 값은 극히 큰 총 분산을 포함한다.
결론적으로, 한 셀이 비정상 온도 상승을 수신하고, 셀에 부착된 PTC 센서의 저항 값이 극히 증가하는 경우, 때때로, 각각의 PTC 센서가 상술한 바와 같은 분산을 갖기 때문에, 증가된 저항 값이 검출될 수 없다. 또한, 이러한 분산이 계수되고, 저항 값의 증가를 검출하기 위한 임계값이 분산 값을 포함하는 큰 값으로 설정된 때, 비정상 온도 상승은 저항 값이 상기 임계값 이상이 될 때까지 검출되지 않을 수 있고, 비정상 온도 상승의 검출이 매우 많은 시간을 필요로 한다는 문제점을 갖는다.
또한, 이 특허 공개 공보에 개시된 비정상 온도 상승 검출 장치에 있어서, 126 개의 셀에 각각 접착된 모든 PTC 센서가 직렬로 접속되었기 때문에, 126 개의 셀 중 1 개의 셀이 비정상 온도 상승을 수신하는 것이 불가능하다. 그러므로, 셀 및 장치의 수리 및 교환과 같은 처리는 광범위하게 수행되어야 한다. 그러므로, 이 장치는 장치의 유지보수 및 검사 등이 신속하게 처리 될 수 없다는 단점을 갖는다.
그러므로, 본 발명의 제2 목적은 각각 온도 센서의 온도 특성의 분산에 의해 영향을 받지 않고 셀의 비정상 온도 상승을 정밀하게 검출할 수 있고, 검출 시간을 줄이기 위해 비정상 온도 상승에 의해 발생된 저항 값을 신속하게 검출할 수 있으며, 장치가 장치의 비정상 동작의 유지보수 및 검사 등이 신속하게 수행될 수 있도록 복수 개의 셀을 포함하는 전력 장치에 사용될지라도 보다 작은 범위에서 셀의 비정상 온도 상승을 검출할 수 있는 비정상 온도 상승 검출 장치를 갖는 배터리 유니트를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백해진다.
본 발명에 따른 배터리 유니트는 직렬 또는 병렬로 접속된 다수 개의 셀을 포함한다. 셀 온도를 검출하기 위한 온도 센서는 배터리 유니트를 구성하는 셀에 각각 부착된다. 1 개의 온도 센서는 1 개의 셀에 부착되지만, 온도 센서는 셀 모두에 부착되는 것이 아니다. 이러한 구조를 갖는 배터리 유니트에 있어서, 접속된 셀의 수 보다 적은 수의 온도 센서가 제공되고, 온도 센서를 각각 구비한 인접 셀 및 온도 센서를 구비하지 않은 셀은 혼합되어 접속된다.
온도 센서는 PTC 센서 또는 서미스터이다.
임의의 온도 센서를 구비하지 않은 셀 각각은 셀의 온도를 수집하여 셀의 온도 데이터를 온도 센서에 전달하기 위한 집열 부재를 구비할 수 있다.
이 배터리 유니트에 있어서, 온도 센서를 구비한 셀 및 집열 부재를 구비한 셀이 서로 인접하게 접속된다.
온도 센서는 집열 부재를 구비한 인접한 셀에 가까운 셀의 표면상의 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 집열 부재의 주재료가 철, 니켈, 구리, 알루미늄 및 이들 금속을 함유하는 함금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료이다.
또한, 배터리 유니트는 온도 센서를 각각 구비한 복수 개의 셀 및 집열 부재를 각각 구비하는 셀을 포함하고, 셀에 부착된 온도 센서가 집열 부재를 통해 서로 직렬로 전기 접속된다.
상술한 배터리 유니트에 있어서, 집열 부재를 구비한 각각의 셀이 온도 센서를 각각 구비한 복수 개의 셀들 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 배터리 유니트에 있어서, 온도 센서가 인접한 2 개의 셀들 사이에 배치되고, 집열 부재가 온도 센서의 양측면상의 셀에 각각 제공된다.
이러한 배터리 유니트에 있어서, 집열 부재가 한 셀의 표면상에 제공되어 온도 센서에 접속되기 때문에, 셀 온도는 온도 센서에 의해 집열 부재에 의해 수집되어 온도 센서로 전달된다. 그러므로, 집열 부재는 셀의 비정상 온도 상승을 검출할 수 있다. 결과적으로 배터리 유니트를 구성하는 셀의 수 보다 (동수가 아닌)적은 수를 접속함으로써, 모든 셀의 비정상 온도 상승이 검출될 수 있다.
결과적으로, 배터리 유니트는 온도 센서의 수를 감소시킬 수 있으므로, 배터리 유니트의 조립 공정 및 부품의 수가 감소되고, 그러므로 제조 단가가 낮아질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 온도 센서가 소블럭으로 분할되고, 제어 유니트는 각 소블럭의 비정상을 검출하며, 비정상은 배터리 유니트에 접속된 셀의 수 보다 적은 온도 센서에 의해 보다 작은 범위의 소블럭에서 검출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 유니트는 복수 개의 셀, 셀에 각각 부착된 온도 센서를 포함하는 비정상 온도 상승 검출 장치를 구비하고, 각각의 온도 센서의 저항은 온도 상승 중에 변화하고, 비정상 온도 상승 검출 장치는 온도 센서의 저항 값을 측정하여 셀의 비정상 온도 상승을 검출한다. 온도 센서는 복수 개의 온도 센서 블럭으로 분할된다. 각각의 센서 블럭에 있어서, 상기 온도 센서는 동수로 직렬 접속된다. 한편, 비정상 온도 상승 검출 회로는 상기 온도 센서 블럭의 저항 값을 서로 비교함으로써 비정상 온도 상승을 검출한다.
이러한 구조를 갖는 배터리 유니트에 있어서, 복수 개의 온도 센서는 온도 센서 블럭으로 분할되고, 온도 센서의 저항 값은 각각 측정된다. 저항 값의 차이가 소정 값 이상으로 될 때, 셀의 비정상이 검출된다.
본 발명에 따르면, 온도 센서 블럭의 저항 값이 서로 비교되기 때문에, 온도 센서의 온도 특성의 차이 즉, 분산이 제거된다. 그러므로, 셀들 중 어느 한 셀이 비정상 온도 상승을 수신하고, 이 셀에 부착된 PTC 센서의 저항 값이 극히 증가할 때 증가된 값만이 정확하게 검출될 수 있다.
결과적으로 PTC 센서와 같은 온도 센서의 분산의 영향을 받지 않고, 에러 없이 비정상이 정확하게 검출될 수 있다.
부수적으로 온도 센서의 분산이 제거되기 때문에 비정상 셀 온도를 검출하기 위해 온도 센서의 저항 값 사이의 차이의 설정 값을 불필요하게 크게 설정할 필요가 없다. 그러므로, 비정상 온도 상승 검출 장치는 저항 값의 증가에 민감하게 반응하여 검출시간은 짧아질 수 있다.
부수적으로 PTC와 같은 온도 센서가 온도 센서 블럭으로 분할되기 때문에, 비정상 온도 상승이 많은 셀 중 어느 하나의 셀에서 발생되는 경우, 검출은 온도 센서 블럭마다 수행될 수 있으므로, 수리 또는 교환과 같은 유지 보수 및 검사가 좁은 범위에서 신속하게 달성될 수 있다.
결과적으로, 이러한 구조를 갖는 배터리 유니트는 매우 많은 수가 접속된 셀을 포함하는 전기 자동차 및 하이브리드 자동차용 배터리 소스로서 사용될 때 한 셀의 비정상 온도 상승을 정확하고 신속하게 검출할 수 있다. 배터리 유니트의 유지보수 및 검사가 안전하고 용이하므로, 전기 자동차 등의 배터리 소스로서 사용될 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 배터리 유니트는 실린더 형상을 형성하기 위해 길이방향으로 직렬로 모두 접속된 6 개의 실린더형 셀(1)을 포함한다. 각각의 셀(1)은 니켈 수소 셀을 포함하지만, 니켈 카드늄 셀 또는 리튬 이온 셀을 포함할 수 있다.
이 배터리 유니트에 있어서, 접시형 접속 부재(2)는 각각의 셀들 사이에 점접합된다. 접속 부재(2)는 직렬로 이웃하는 2 개의 셀(1)을 전기적으로 접속하고, 동시에 이들을 기계적으로 접속한다. 접속된 6 개의 셀(1)로 이루어지는 배터리 유니트는 양단부에 양극 및 음극 전극단자를 각각 구비하고 있다. 양극 전극단자(3)는 중심에 돌출부(3A)를 갖고, 음극 전극단자(4)는 중심에 구멍(4A)을 갖는다.
배터리 유니트의 양극 전극단자(3)의 돌출부(3A)를 배터리 유니트의 음극 전극단자(4)의 구멍(4A)에 삽입함으로써, 이들은 서로 접속될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 이러한 구조를 각각 갖는 2 또는 3 개의 배터리 유니트를 12 또는 18 개의 셀을 포함하는 긴 실린더형으로 서로 길이 방향으로 접속될 수 있다. 또한, 양극 전극단자(3) 및 음극 전극단자(4)가 서로 다른 형태를 갖기 때문에, 배터리 유니트는 측방향으로 병렬로 배열될 때 잘못된 방향으로 놓이는 것을 방지할 수 있다.
각각 6 개의 셀로 이루어진 본 발명에 따른 복수 개의 배터리 유니트가 배열될 수 있고, 전력 장치로서 기능하도록 케이스 등의 형태로 내장될 수 있다. 전력 장치내에 접속된 셀은 증가된 수의 배터리 유니트를 접속함으로써, 그 숫자가 증가될 수 있고, 이러한 전력 장치는 고전력 및 고전압을 필요로 하는 전기 자동차용 전력 장치로서 사용될 수 있다.
도 2에 도시한 배터리 유니트에 있어서, 온도 센서(5) 및 집열 부재(6)는 각 셀의 표면에 제공된다. 온도 센서(5)는 온도가 변화함에 따라 저항이 변화하는 PTC 소자와 같은 소자로 이루어진다. 온도 센서(5)가 보다 높은 온도로 되면, 저항이 보다 크게 변화하고, 저항이 60℃ 내지 120 ℃의 분위기에서 크게 변화하도록 설계된다. 한편, 집열 부재(6)의 주재료는 철, 니켈, 구리 알루미늄 및 이들 금속의 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료이다.
집열 부재(6)가 부착된 셀(1)의 열을 수집할 수 있고, 이 열의 온도를 유지한다. 집열 부재(6)에 의해 유지된 열은 집열 부재(6)에서 온도 센서(5)로 전달된다. 그러므로, 온도 센서(5)는 집열 부재(6)가 부착된 셀의 열을 검출할 수 있다. 결과적으로 온도 센서(5)는 집열 부재(6)에 양호하게 인접하여 배치된다.
도 2에 도시한 배터리 유니트에 있어서, 6 개의 셀(1)은 4 개의 온도 센서(5) 및 2 개의 집열 부재(6)를 구비한다. 4 개의 온도 센서(5)는 2 개의 대향 단부 셀(1) 및 6 개의 셀(1)중 2 개의 중간 셀(1)에 부착된다. 2 개의 집열 부재(6)는 나머지 2 개의 셀(1)의 표면에 부착된다. 그러므로, 집열 부재(6)는 2 개의 온도 센서(5)사이에 배치된다. 온도 센서(5)를 함께 갖는 집열 부재(6)는 길고 좁은 띠(strip)로 형성된다. 집열 부재(6) 및 온도 센서(5)로 이루어진 띠는 수지 등으로 전체적으로 라미네이트 됨으로써, 셀(1)의 외부 케이스와 절연된다. 띠로 형성되고, 6 개의 셀(1)로 이루어진 배터리 유니트를 함께 라미네이트된 온도 센서(5) 및 집열 부재(6)는, 셀(1)에 밀폐되도록 사용되는 열 수축 관(도시하지 않음)으로 덮여진다. 셀(1)에 밀착된 집열 부재(6)는 셀(1)의 열을 수집한다. 집열 부재(6)의 크기를 크게 함으로써, 셀(1)의 열은 보다 효과적으로 수집될 수 있지만, 때때로 셀(1)의 방출 효과는 감소된다. 그러므로, 집열 부재(6)의 최적 크기는 셀(1)의 방출 효과를 계수함으로써, 선택될 수 있다. 또한, 집열 부재(6)은 셀(1)의 열을 수집하기 위한 집열부(6A) 및 온도 센서(5)와 접속하기 위한 2 개의 접속 레그부(6B)를 포함하는데, 접속 레그부(6B)는 집열부(6A)의 대향 단부로부터 각각 돌출한다. 각각의 접속 레그부(6B)는 온도 센서(5)상에 부착된다. 또한, 집열 부재(6)내의 층은 예를 들어, 2 층 구조를 갖는다. 이 경우, 집열 부재(6)는 셀(1)과 접촉하는 내부 층 및 셀(1)과 접촉하지 않는 외부 층으로 이루어진다. 외부 층은 내부 층의 열전도도 보다 낮은 열전도도를 갖는 재료로 되어 있으므로, 집열 부재(6)에 의해 수집된 열이 유지될 수 있다.
이 배터리 유니트에 있어서, 온도 센서(5)는 직렬로 접속된 셀의 루트와 상이한 루트로 서로 직렬로 전기 접속된다. 도 3은 복수 개의 배터리 유니트로 이루어지는 전력 장치내의 모든 배터리 유니트에 접착된 모든 온도 센서(5)를 직렬로 접속하는 회로도의 한 예이다. 그러나, 모든 온도 센서(5)를 직렬로 접속하는 대신에, 각 배터리 유니트, 2 개 또는 3 개의 배터리 유니트마다에 포함된 온도 센서(5)는 직렬로 접속될 수 있고, 이들 전체는 병렬로 접속될 수 있다.
직렬로 접속된 온도 센서(5)의 저항은 온도 센서가 접착된 셀의 비정상 온도 상승에 의해 변화한다. 그러므로, 단지 1 개의 셀의 비정상 온도 상승이 발생한 경우, 이를 검출하여 전력 장치의 이상을 검출할 수 있다. 집열 부재(6)가 금속 등의 도전성 부재로 이루어지기 때문에, 이들은 온도 센서와 다른 온도 센서를 접속하는 리드 판(lead plate)으로서도 작용한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는데, 온도 센서(45)에 집열 부재(46)를 접속하는 접속 레그부(46B)는 전체 온도 센서(45)를 커버할 수 있는 크기로 형성된다. 이러한 구조를 갖는 집열 부재(46)는 수집된 온도 데이터를 온도 센서(45)에 보다 정밀하게 전달할 수 있다. 이 도면에 있어서, 참조 번호(41)는 셀을 나타내고, 참조 번호(42)는 접시형 접속 부재를 나타내며, 참조 번호(46A)는 집열부를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는데, 3 개의 온도 센서(55, 65) 및 3 개의 집열 부재(56,66)는 접속된 6 개의 셀(51, 61)에 접착된다. 이 실시예에 있어서, 집열부(56,66)는, 온도 센서(55, 65)가 집열 부재(56, 66)와 교대로 배치되도록 온도 센서(55, 65)에 인접하여 제공된다. 이러한 방식으로 셀의 수에 관련된 온도 센서 및 집열 부재의 수를 변화시키고 제어함으로써, 온도 센서의 수는 감소될 수 있다. 그러므로, 집열 부재 및 온도 센서는 집열 부재를 온도 센서에 접속함으로써 배터리 유니트내에 붙여진다. 2 개의 셀마다 1 개의 온도 센서를 제공함으로써, 2 개의 셀이 1 개의 온도 센서에 의해 감시될 수 있다. 3 개의 셀마다 2 개의 온도 센서를 제공함으로써, 3 개의 셀이 2 개의 온도 센서에 의해 감시될 수 있다. 도면에 있어서, 참조 번호(51, 61)는 셀을 나타내고, 참조 번호(52, 62)는 접시형 접속 부재를 나타내며, 참조 번호(56A, 66A)는 집열 부재를 나타내고, 참조 번호(56B, 66B)는 접속 레그부를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는데, 6 개의 셀에 대해, 3 개의 온도 센서(75) 및 6 개의 집열 부재가 제공된다. 도 7에 도시한 배터리 유니트에 있어서, 온도 센서(75)는 2 개의 셀(71)사이에 배치되고, 접시형 접속 부재(72)에 대향하는 위치에 배치된다. 각각의 열 접속 부재(76)는 6 개의 셀 각각에 부착되고, 인접한 2 개의 열 접속 부재(76)의 접속 레그부(76B)는 온도 센서(75)의 외부 표면 및 내부 표면에 각각 접속된다. 또한, 6 개의 셀 중 양단의 2 개의 셀을 제외한 중간의 4 개의 셀 중 2 개의 셀마다에는 일체로 된 2 개의 집열부(76A)로 이루어진 집열 부재(76)가 배치된다. 이 집열 부재(76)를 이용함으로써, 단지 1 개의 집열 부재(76)로 2 개의 집열부(76A)가 각각 2 개의 셀의 표면에 부착될 수 있다. 결과적으로, 필요로 하는 집열 부재의 수가 감소될 수 있고, 그러므로, 배터리 유니트의 제조시, 부품 및 조립 공정이 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 7에 도시한 배터리에 있어서, 집열 부재(76)가 모든 셀(71)에 배치되고, 집열 부재가 온도 센서(75)에 접속되었기 때문에, 6 개의 셀(71)의 모두의 비정상 온도 상승이 3 개의 온도 센서(75)에 의해 검출될 수 있다. 셀들 사이에 배치된 온도 센서(75)의 수는 적절히 변화될 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9에 도시한 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 2 내지 도 7에 도시한 상술한 실시예에서와 같이, 도 8 및 9에 도시한 배터리 유니트는 소정의 집열 부재를 구비하지 않는다. 도 8에 도시한 배터리 유니트에 있어서, 6 개의 셀(81)은 배터리 모듈(87)을 구성한다. 직렬로 접속된 복수 개의 배터리 모듈은 배터리 유니트를 구성한다.
배터리 유니트에 접속된 배터리 모듈(87)의 수는 임의적으로 선택될 수 있다. 예를 들어 32 개의 배터리 모듈을 접속함으로써, 서로 접속된 192 개의 셀을 포함하는 배터리 유니트가 얻어질 수 있다. 또한, 배터리 모듈을 구성하는 셀의 수는 임의로 선택될 수 있고, 6 개 이상 또는 6 개미만의 셀이 배터리 모듈을 구성할 수 있다.
도 8에 도시한 배터리 유니트에 있어서, 배터리 모듈(87)은 실린더 형태를 형성하기 위해 직렬로 접속된 6 개의 셀(81)로 구성된다. 배터리 모듈(87)의 6 개의 셀(81) 중 2개는 온도 센서(85)를 각각 구비하고, 나머지 4 개의 셀(81)은 온도 센서를 구비하지 않는다. 나머지 배터리 모듈(87) 각각에 있어서도 유사하게, 6 개의 셀(81)중 2개는 온도 센서(85)를 각각 구비한다. 그러므로, 이러한 구조에 있어서, 각각의 셀(81)이 온도 센서(85)를 구비한 경우에 비해, 온도 센서(85)의 수는 감소될 수 있다. 온도 센서(85)의 수 및 배터리 모듈의 온도 센서들 사이의 공간 크기는 상기 설명에 의해 제한되지 않고, 임의로 결정될 수 있다.
또한, 도 8에 도시한 배터리 유니트에 있어서, 총 4 개의 온도 센서(85)는, 2 개의 배터리 모듈(87)이 소블럭으로 구성하도록 직렬로 서로 접속된다. 4 개의 온도 센서(85)는 소블럭을 구성한다. 배터리 유니트는 복수 개의 소블럭들로 분할된다. 각각의 소블럭에서 온도 센서(85)의 온도가 검출된다. 온도 센서(85)는 PTC 소자 또는 서미스터를 포함한다. PTC 소자는 동작 온도에 도달할 때 저항을 신속하게 변화시키는 특성을 갖는다. 동작 온도가 예를 들어, 93℃인 경우, 때때로 PTC 소자를 구성하는 온도 센서(85)는 셀의 온도가 100℃ 가까이 도달할 때까지 비정상 온도 상승을 검출하지 않는다. 그러므로, 때때로, 온도 센서(85)에서 비정상 온도 상승을 검출하기 위해 많은 시간을 필요로 한다.
한편, 서미스터는 온도가 저온(-20℃)에서 고온(150℃)까지 변화하는 동안 저항이 점차적으로 변화하는 특성을 갖는다. 서미스터를 포함하는 온도 센서(85)는 온도를 규정 값과 비교하여 규정 값의 선택을 조절함으로써, 비정상 온도 상승을 신속하게 검출할 수 있다. 또한, 서미스터의 유니트 가격이 PTC소자의 가격에 비해 낮기 때문에 온도 센서(85)의 제조 단가는 감소될 수 있다.
도 9는 제어 유니트(ECU) 및 디스플레이(8)가 도 8에 도시한 배터리 유니트에 접속된 온도 검출 회로도이다. 소블럭을 형성하기 위해 분할된 온도 센서(85)의 온도 데이터는 제어 유니트(ECU)에 입력된다.
각각의 소블럭의 절대 온도가 검출되어 소정의 규정 값과 비교됨으로써, 절대 온도 상승이 검출될 수 있다. 예를 들어 규정 값이 60℃로 설정된다. 비정상 온도 상승이 소블럭마다 검출될 때, 디스플레이(8)는 소블럭이 비정상 상태이라는 것을 나타낸다. 결과적으로, 다수 개의 셀이 접속된 배터리 유니트에서도, 비정상 포인트가 용이하게 검출될 수 있다.
또한, 비정상 부분의 범위가 소블럭마다에서 검출될 수 있기 때문에, 교환 및 수리와 같은 유지보수가 용이하게 수행될 수 있다. 제어 유니트(ECU)는 각 소블럭의 입력된 온도 신호를 소블럭마다의 규정 값과 비교한다. 이렇게 함으로써, 소블럭들 사이의 온도 차이 즉, 온도 분산이 검출될 수 있다. 예를 들어, 소블럭의 검출된 온도가 80℃이고 다른 소블럭의 검출된 온도가 45℃ 내지 50℃의 정상 온도 인 경우, 이들 사이의 온도 차이가 검출된다. 온도 차이가 규정 값 이상인 때, 배터리 유니트가 비정상 상태라는 것, 즉, 비정상 셀 또는 셀들이 배터리 유니트내에 포함되어 있다는 것으로 판정하여 검출된다. 이 경우에 있어서, 디스플레이(8)는, 소블럭이 비정상 상태라는 것을 나타낸다.
도 8 및 9에 도시한 실시예에 있어서, 온도 센서(85)가 소블럭으로 분할되어 각각의 소블럭의 비정상 온도 검출이 상술한 바와 같이 수행되기 때문에, 소블럭의 작은 범위에서의 비정상 온도 검출은 배터리 유니트에 접속된 셀의 수 보다 적은 수의 온도 센서로 달성될 수 있다. 또한, 제어 유니트(ECU)가 자기방전(self-discharging) 및 충전 효율의 파라미터로서 소블럭의 입력된 온도 데이터를 사용하여, 잔류 용량과 같은 배터리 상태를 제어하기 때문에, 배터리 상태의 상세한 계산은 각각의 소블럭의 입력된 온도 데이터에 의해 달성될 수 있다.
또한, 복수 개의 온도 센서가 온도 센서 블럭으로 분할된 본 발명에 따른 배터리 유니트는 전기 자동차, 및 구동원이 내연 엔진과 배터리 구동 모터의 조합으로 이루어지는 하이브리드형(hybrid-type) 자동차의 배터리 소스로서 사용된다. 도 10은 배터리 소스로서 사용하기 위해 본 발명에 따른 배터리 유니트의 외형의 전개 사시도이다. 이 배터리 소스(11)는 상하부 홀더 케이스(12), 중간 케이스(13) 및 양측면상의 단부판(14)으로 밀폐된 정사각형 병렬파이프 형상을 갖는다.
도 11에 도시한 바와 같이, 배터리 소스(11)는 6 개의 실린더형 셀이 실린더 형상을 형성하도록 길이 방향으로 접속되고 6 개의 셀 모두가 직렬로 전기 접속된 배터리 모듈(97)을 내부에 포함한다. 이러한 구조를 갖는 8 개의 배터리 모듈(97)은 측방향으로 배열되고, 8 개의 배터리 모듈(97)의 이 배열 위에, 8 개의 배터리 모듈(97)의 유사 배열이 중간 케이스(13)에 의해 층을 형성한다. 결과적으로, 총 96 개의 셀(91)이 배터리 소스(11)에 내장되고, 이 96개 셀 모두는 단부판(end plate:14)상에 제공되는 리드 플레이트에 의해 직렬로 접속된다. 또한, 각각 96 셀을 포함하는 이러한 배터리 소스를 복수 개 접속함으로써, 접속된 셀의 수가 96의 정수 배로 증가될 수 있다. 그러므로, 배터리 소스(11)은 전기 자동차의 크기 및 출력에 따른 필요한 전기 소스 전압, 출력 전류 등을 제공할 수 있다. 실린더 형상을 형성하도록 길이방향으로 접속된 6 개의 셀(91)로 이루어진 배터리 모듈(97)에 있어서, PTC 센서는 온도 센서로서 사용된다. 이하의 실시예에 있어서, PTC 센서(15)는 온도 센서로서 사용된다. 그러므로, 온도 센서 블럭은 PTC 센서 블럭으로 사용된다. PTC 센서(15)는 배터리 모듈(97)의 외측에 고정된다. 이 도면에 도시한 배터리 모듈에 있어서, 1 개의 PTC 센서(15)는 각각의 셀에 부착된다. 그러므로, 온도 센서 블럭은 셀(91)의 PTC 센서 블럭이다. 6 개의 PTC 센서(15)는 접속된 6 개의 셀(91)에 대응하도록 리드 플레이트에 의해 길이방향의 일직선으로 접속된다. 접속된 6 개의 PTC 센서(15)의 반대 단부로부터 연장된 리드 플레이트는 단부 플레이트(14)를 통해 인접한 배터리 모듈에 부착된 접속된 6 개의 PTC 센서(15)의 리드 플레이트에 접속된다.
그러므로, 배터리 소스(91)에 내장된 96 개의 셀 모두에 접속된 PTC 센서(15)의 모두는 전기적으로 접속될 수 있다. 모든 PTC 센서가 상술한 바와 같이, 직렬로 접속될지라도, 예를 들어, 2 개의 배터리 모듈마다에 부착된 즉, 12 개의 셀마다에 부착된 PTC 센서는 직렬로 접속될 수 있다. PTC 센서는 이러한 방식으로 배터리 모듈의 블럭으로 직렬로 접속되고, 전기 신호는 각각의 리드 플레이트를 연장함으로써, PTC 센서로부터 제거된다. 또한, PTC 센서를 모든 셀 각각에 접착할 필요는 없지만, 3 개의 PTC 센서가 배터리 모듈에 부착되도록 PTC 센서는 각각의 셀에 접속될 수도 있다.
상술한 바와 같이 부착된 PTC 센서(15)는, 큰 전류가 흐르는 셀(91)의 직렬 회로의 루트와 상이한 루트로 PTC 센서(15)만의 회로를 구성할 수 있다. 그러므로, PTC 센서의 회로가 소전류 회로일 수 있기 때문에, 다수 개의 PTC 센서(15)가 발생될 지라도, 열 발생은 방지될 수 있고, 동시에 PTC 센서에 의해 발생된 전압 감소에 의해 배터리 전력 출력의 감소도 방지될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 도 12에 도시한 바와 같이, 12 개의 셀에 각각 부착된 12 개의 PTC 센서(15)마다 PTC 센서 블럭(18)을 구성하기 위해 직렬로 접속된다. 그러므로, 배터리 소스(11)의 96 개의 셀(91)에 각각 부착된 PTC 센서(15)는 8 개의 PTC 센서 블럭(18)으로 분할되고, 각 PTC 센서 블럭의 PTC 센서(15)가 직렬로 접속된다.
이들 PTC 센서 블럭(18) 각각은 비정상 온도 상승 검출 회로에 접속된다.
이하, 비정상 온도 상승 검출 회로(19)의 동작에 대해 상세히 설명한다.
(1) 비정상 온도 상승 검출 회로(19)는 이곳에 접속된 모든 PTC 센서 블럭(18)의 저항 값을 측정한다.
(2) PTC 센서 블럭(18)의 측정된 저항 값은 서로 비교되어 2 개의 PTC 센서 블럭(18)의 측정된 값들사이의 차이가 계산된다.
(3) 이 차이는 비정상 온도 상승 검출 회로(19)에 사전 입력된 소정 값과 비교되고, 이 차이가 소정 값 이상인 때, 비정상 온도 상승이 검출된다.
(4) 비정상 온도 상승이 검출된 때, 비정상 신호가 배터리 소스(11)의 제어 유니트(ECU)로 출력되고, ECU는 셀(들)이 비정상 상태인 것을 통지한다.
이 방식으로, 비정상 온도 상승 검출 회로(19)는 각각의 PTC 센서 블럭의 PTC 센서를 직렬로 접속하고, 각각의 PTC 센서 블럭의 저항 값을 측정하며, 2 개의 PTC 센서의 저항 값의 차이가 소정 값 이상이라는 것을 알려준다.
그러므로, PTC 센서 블럭들의 저항 값 사이의 차이가 계산되기 때문에, PTC 센서들의 온도 특성의 차이 즉, 분산은 제거된다. 결과적으로, 임의의 셀의 비정상 온도 상승이 발생되고, 셀이 부착된 PTC 센서(15)의 저항 값이 극히 증가하는 경우, PTC 센서의 분산이 제거되었기 때문에, 증가된 값만이 정확하게 측정된다.
결과적으로, 검출은 각각의 PTC 센서의 분산의 영향을 받지 않고, 정확하게 달성될 수 있다. 동시에, 비정상 온도 상승 검출 회로는 PTC 센서의 분산이 제거되었기 때문에 바람직하지 않게 큰 값으로 소정 값을 설정할 필요 없이 저항 값 상승에 민감하게 대응할 수 있으므로, 검출 시간이 짧아질 수 있다.
또한, PTC 센서(15)가 PTC 센서 블럭(18)으로 분할되기 때문에, 비정상 온도가 96 개의 셀(91)중 어느 하나의 셀에서 발생되는 경우, PTC 센서마다 검출이 수행될 수 있으므로, 수리 또는 교환과 같은 유지 보수 등이 신속하고, 좁은 범위에서 달성될 수 있다.
비정상 온도 상승 검출 회로(19)가 각각의 PTC 센서 블럭(18)의 저항 값을 측정하고, 상술한 바와 같이 저항 값들사이의 차이가 계산된다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되는 것이 아니라, 비정상 온도 상승이 PTC 센서 블럭의 측정된 값의 비율 또는 곱셈 요소를 계산하고, 이들을 서로 비교함으로써, 검출될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 유니트는 온도 센서의 수를 감소시킬 수 있으므로, 배터리 유니트의 조립 공정 및 부품의 수가 감소되고, 그러므로 제조 단가가 낮아질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, PTC 센서와 같은 온도 센서의 분산의 영향을 받지 않고, 에러 없이 비정상이 정확하게 검출될 수 있다. 온도 센서의 분산이 제거되기 때문에 비정상 셀 온도를 검출하기 위해 온도 센서의 저항 값 사이의 차이의 설정 값을 불필요하게 크게 설정할 필요가 없다. 그러므로, 비정상 온도 상승 검출 장치는 저항 값의 증가에 민감하게 반응하여 검출시간은 짧아질 수 있다.
부수적으로 PTC와 같은 온도 센서가 온도 센서 블럭으로 분할되기 때문에, 비정상 온도 상승이 많은 셀 중 어느 하나의 셀에서 발생되는 경우, 검출은 온도 센서 블럭마다 수행될 수 있으므로, 수리 또는 교환과 같은 유지 보수 및 검사가 좁은 범위에서 신속하게 달성될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조를 갖는 배터리 유니트는 매우 많은 수가 접속된 셀을 포함하는 전기 자동차 및 하이브리드 자동차용 배터리 소스로서 사용될 때 한 셀의 비정상 온도 상승을 정확하고 신속하게 검출할 수 있다. 배터리 유니트의 유지보수 및 검사가 안전하고 용이하므로, 전기 자동차 등의 배터리 소스로서 사용될 수 있다.
본 발명이 본 발명의 기본적인 특징의 사상을 벗어나지 않고서도 다른 변형예로 구체화 될 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예는 예시적인 것이며, 이것에 제한되지 않는다. 본 발명의 범위가 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구의 범위에 의해서만 정해지기 때문에, 본 발명의 청구의 범위에 속하는 모든 실시예는 청구의 범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1은 종래의 비정상 온도 상승 검출 장치의 접속 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 유니트의 한 실시예의 사시도,
도 3은 온도 센서의 접속 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 유니트의 다른 실시예의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 배터리 유니트의 또 다른 실시예의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 배터리 유니트의 또 다른 실시예의 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 배터리 유니트의 다른 실시예의 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 배터리 유니트의 또 다른 실시예의 사시도,
도 9는 도 8의 배터리 유니트의 온도 검출 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 배터리 유니트의 또 다른 실시예의 전개 사시도,
도 11은 도 10의 배터리 유니트의 배터리 모듈의 평면도,
도 12는 비정상 온도 상승 검출 장치의 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 셀 2: 접시형 접속 부재
3: 양극 전극단자 4: 음극 전극단자
5: 온도 센서 6: 집열 부재
6A: 집열부 6B: 접속 레그부
8: 디스플레이 11: 배터리 소스
12: 상하부 홀더 케이스 13: 중간 케이스
14: 단부판 15: PTC 센서
18: PTC 센서 블럭 19: 비정상 온도 상승 검출 회로
87: 배터리 모듈

Claims (13)

  1. 직렬 또는 병렬로 접속된 다수 개의 셀을 포함하고,
    셀 온도를 검출하기 위한 복수 개의 온도 센서를 또한 포함하며,
    상기 각각의 온도 센서가 한 셀에 인접하여 배치되고,
    모든 셀이 온도 센서를 각각 구비하고 있지 않기 때문에, 상기 온도 센서의 총 수는 셀의 총 수보다 적은 배터리 유니트로서,
    상기 배터리 유니트는 복수 개의 소블럭으로 분할되고, 상기 각각의 소블럭은 복수 개의 셀의 접속에 의해 구성되며,
    상기 배터리 유니트는 상기 셀에 인접하여 배치된 온도 센서의 출력을 수신하기 위한 제어 유니트를 또한 포함하고,
    상기 제어 유니트는 각각의 소블럭의 온도 센서의 출력을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 센서가 PTC 소자 또는 서미스터인 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 인접한 임의의 온도 센서를 구비하지 않은 상기 셀 각각은 상기 셀의 열을 수집하여 상기 셀의 온도 데이터를 온도 센서에 전달하는 집열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 온도 센서를 구비한 셀과 상기 집열 부재를 구비한 셀이 서로 인접하여 배치되고, 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 온도 센서가 상기 집열 부재를 구비한 인접 셀에 가까운 셀의 표면상의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 집열 부재의 주재료가 철, 니켈, 구리, 알루미늄 및 이들 금속을 함유하는 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 배터리 유니트를 구성하는 셀이 상기 온도 센서를 각각 구비한 복수 개의 셀 및 상기 집열 부재를 각각 구비하는 셀로 이루어지고, 상기 셀에 부착된 온도 센서가 집열 부재를 통해 서로 직렬로 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 배터리 유니트를 구성하는 셀이 상기 온도 센서를 각각 구비한 복수 개의 셀 및 상기 집열 부재를 각각 구비하는 셀로 이루어지고, 상기 집열 부재를 구비한 각각의 셀이 상기 온도 센서를 각각 구비한 복수 개의 셀들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 온도 센서가 인접한 2 개의 셀들 사이에 배치되고, 상기 온도 센서의 양측면상의 인접한 2 개의 셀 각각이 상기 집열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  11. 비정상 온도 상승 검출 장치를 구비한 배터리 유니트에 있어서,
    복수 개의 셀,
    각각의 온도 센서의 저항이 온도 상승 중에 변화하며, 상기 셀에 부착되는 온도 센서, 및
    상기 온도 센서의 저항을 측정하여 상기 셀의 비정상 온도 상승을 검출하는 비정상 온도 상승 검출 회로를 포함하고,
    상기 온도 센서가 복수 개의 온도 센서 블럭으로 분할되고, 상기 온도 센서 블럭 각각이 상기 온도 센서와 동수로 직렬로 접속하고,
    비정상 온도 상승 검출 회로가 상기 온도 센서 블럭의 저항 값을 서로 비교함으로써 비정상 온도 상승을 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 온도 센서가 PTC 센서인 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 비정상 온도 상승 검출 회로가 상기 온도 센서들의 저항 값을 서로 비교하여 상기 저항 값의 차이가 소정 값 이상인 때 비정상 온도 상승을 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 유니트.
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